全膝关节置换术后假体周围骨量丢失的研究进展

刘福存综述 吴海山审校

综 述

全膝关节置换术后假体周围骨量丢失的研究进展

刘福存综述 吴海山审校

初次全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）术后都存在骨量的丢失，且流行病学显示这种骨量丢失不依赖于假体类型和固定方法[1,2]。术后假体松动与假体表面骨吸收、磨损引起的骨溶解和术中骨丢失有关，但假体周围骨密度（bone mineral density，BMD）降低也是远期假体松动的一个重要原因。理论上，假体周围BMD降低亦会增加假体周围骨折的风险，且大量BMD降低会导致翻修手术的困难[2]。但其重要性并未象髋关节假体周围骨丢失那样受重视。近年来随着双能X线吸收测定（dual energy X-ray absorptiometry，DEXA）技术的成熟及对疾病的认识，关于膝关节假体周围BMD减少的研究有所增多。现综述如下。

1 假体周围骨量丢失的机制

TKA术后假体周围的骨量丢失主要由应力遮挡所致。杯形的股骨假体减少了股骨远端前后方向的剪切应力，使应力重新分配至骨-骨水泥或骨-假体界面，这种膝关节机械载荷的改变可导致骨的适应性重建。Van-Lenthe等[3]应用三维有限元模型验证了这种应力遮挡可导致假体周围骨吸收。应用有限元模型分析骨适应性重建，亦可验证股骨远端假体翼后会产生严重骨量丢失[4]。Karbowski等[5]将12例TKA假体周围BMD手术前后结果进行比较，发现非骨水泥固定假体周围平均BMD明显降低（21.5%），股骨假体翼后丢失最多，术后一年可减少22%左右。有研究者将感兴趣区（region of interest，ROI）设在股骨假体上1 cm骨干处（应力遮挡可被忽略），发现此ROI区BMD降低了8.4%，远较假体翼后的同期骨丢失（22.8%）为少。可见应力遮挡是造成股骨假体周围骨丢失的主要原因。

相对于股骨假体产生严重的应力遮挡而言，胫骨假体还会影响到应力的重新分布[6]，从而影响骨重建，相关研究示胫骨假体周围骨量丢失在经过两年骨重建以后平均BMD可恢复至基线骨密度水平。

2 假体周围骨密度的测量方法

传统评价TKA的优劣主要依据患者的临床状况（膝关节功能、稳定性、运动范围、有无疼痛等）和X线平片。X线平片可用来观测假体位置、膝关节力线、骨-假体或骨-骨水泥界面，为临床提供感染、松动、下沉的依据。但用其来检测假体周围骨密度是不可靠的。在一张标准X线平片上，BMD改变超过20%～40%才能被肉眼所见[7]。DEXA被认为是一种精密度很高的BMD测量方法。学者们注意到膝关节假体周围骨量丢失以后，DEXA被迅速用于膝关节周围BMD的测量。在骨密度领域，精密度（Precision，CV%）是关于一种仪器能否可靠地重复测量骨密度的概念。一些学者应用DEXA测量前后位腰椎BMD，CV%约1.9%[7]，髋关节假体周围BMD约1.0%～1.5%[8]。Soininvaara等[9]用DEXA测量30例单侧膝关节置换假体周围BMD，且以对侧作为对照，结果显示健侧平均CV%约3.1%，胫骨侧2.9%，髌骨6.9%。而术侧分别为3.2%、2.5%和2.0%，结果类似于髋关节假体周围BMD的测量。DEXA放射量低，最高有效剂量为40 μSv，故对病人的影响可以忽略不计，可重复测量。Therbo等[10]通过对模型和活体的测量，发现下肢的旋转可严重影响测量的精密度。下肢旋转20°～40°时CV%为4.9%～12.3%。肢体处于0°位时，无论骨水泥固定假体还是非骨水泥固定假体，重复测量CV%为0.5%。

近年来，有学者将定量CT（quantitative CT，QCT）用于TKA术后BMD的测量[11]。较之DEXA，QCT可定量测量某部位骨密度，且可分别测量皮质骨和松质骨的骨密度。Reilly等[11]于2007年在4例尸体骨上应用QCT测量胫骨骨密度，发现QCT是一种精密度很高的方法。且早在2005年，Reilly等就应用QCT测量TKA术后胫骨上端BMD，得出骨量丢失持续1～2年而皮质骨变化不大的结论。亦有学者将单光子发射计算机断层（Single photon emission computed tomography，SPECT）引入到测量假体周围骨量变化上来。Soininvaara等[12]已应用SPECT对TKA术后骨的代谢活动进行了初步研究。

3 假体周围骨量丢失规律

不论何种固定，TKA术后假体周围都会出现进行性骨量丢失[13]。van-Loon等[2]通过对股骨颈和腰椎手术前后BMD的测量，发现尽管术后康复阶段活动减少，但全身骨量并未见减少，而假体周围各ROI均出现了骨量丢失。

术后三个月，假体周围骨量丢失最快，Soininvaara等[1]对69例用骨水泥固定行TKA手术的患者进行随访，发现3个月后股骨平均BMD降低了11%～15.6%。术后6个月BMD丢失变缓，可达16%[14]。正常成人髌骨压力可达4600N（6.5倍于体重）[15]。由于股骨假体翼的应力遮挡，股骨远端假体翼后骨量丢失最多。Petersen等[16]发现，TKA术后两年假体翼后BMD丢失可达36%。由于测量仪器、划分的ROI和随访时间有所不同，各研究所得结果不能互相比较，但假体周围BMD的变化趋势都是相似的。且随着应用DEXA测量假体周围BMD技术的成熟及一些商业软件的开发利用，各研究结果也都渐趋接近。van-Loon等[2]测得1年后假体翼后BMD降低了22%，Soininvaara等[6]得出了相似结论。有研究认为2年后股骨远端骨量不再丢失，但根据有限元模型分析，假体周围骨丢失时间要超过2年[4]。Soininvaara等[12]应用SPECT研究假体周围骨代谢情况，发现2年后股骨远端骨吸收仍存在。

与股骨远端骨量丢失不同的是，胫骨骨量丢失受载荷重新分布的影响较大，不存在严重的应力遮挡。Soininvaara等[12]对69例病人进行了为期1年的随访，发现术后3个月胫骨近端骨干区骨量丢失最多（3.8%），胫骨内髁2.6%，而外髁只有0.06%。术后1年骨干BMD丢失4.7%（P＜0.001），而外髁无变化。作者在研究中重点讨论了内髁的变化。内翻膝术后内髁BMD减少，而外翻膝有所增加。另外，胫骨远端BMD 2年后密度比较均匀，恢复至术前平均基线水平。但Soininvaara等[12]应用的都是短柄胫骨假体，尽管此研究显示股骨近端假体周围骨丢失和假体类型无关，但有相关研究证实假体类型和股骨柄形状对胫骨远端BMD有影响。由于疼痛原因，患膝负重减少，关节力线恢复后患膝负重增加，有可能使胫骨假体周围骨密度增加。Petersen等[16]应用无羟基磷灰石涂层的Interax假体治疗骨性关节炎患者，随访2年后发现患侧胫骨骨密度有轻微增高。多数学者支持2年后胫骨假体周围骨密度恢复正常基线水平。Soininvaara等[12]应用SPECT也观察到2年后胫骨近端成骨活动减弱，基本完成了骨的重建。但Levitz等[17]发现胫骨近端应力的改变可使假体周围BMD以每年5%的速率降低。Van-Lenthe等[4]对190例病人进行7年随访后，亦支持Levitz的结论。所测BMD减少速度为5.5%。

4 假体类型和固定方式对假体周围骨量变化的影响

假体类型对周围骨量丢失的影响仍有颇多争议。Soininvaara等[12]应用Duracon、Nexgon和AMK假体行TKA手术，采用骨水泥固定，结果显示假体周围都有骨量减少，但假体类型对周围骨量影响无差异。Therbo等[10]进行有关应用DEXA测量BMD的研究时发现，利用非骨水泥固定Duracon或Interax假体和骨水泥固定AGC假体时，假体类型对假体周围BMD无影响。Petersen等[16]亦否定了羟基磷灰石涂层的假体对胫骨BMD的影响。但Soininvaara等[12]应用的Duracon、Nexgon和AMK假体均为短柄假体，长柄胫骨假体是否会对周围BMD产生影响，Hernandez-Vaquero等[18]对此进行了研究，分别用Intex假体对190例病人行TKA手术，这些病人随机分为两组，一组用圆柱型胫骨柄假体，另一组用十字型胫骨柄假体，观察了三个ROI，ROI 1设在胫骨内侧髁，ROI 2设在外侧髁，ROI 3设在胫骨柄下1cm骨干中心处。经过7年随访，结果显示圆柱形柄假体组ROI 1区BMD明显降低，ROI 2区降低较少，而ROI 3区基本无变化。与之相比，十字形假体柄组各ROI区BMD降低无差别，呈均匀减少。另外，Saari等[19]研究了假体衬垫设计对假体周围BMD的影响。他将病人分为两组，膝关节畸形较轻者（＜5°）组用PCL保留型假体，另一组用PCL切除型假体。每组又分为两个亚组，分别给以曲面和平面衬垫。PCL保留型假体两个亚组间假体周围BMD无差异，而PCL切除组用平面衬垫的患者假体周围骨量丢失要高于曲面衬垫组，且2年后平面衬垫组股骨假体翼后BMD继续下降，而曲面衬垫组2年后有所增加。

5 二膦酸盐对假体周围骨量丢失的影响

二膦酸盐是1969年Fleisch等[20]受焦磷酸盐化合物可抑制骨质矿化的启发而合成的，是一种骨吸收抑制剂。其具体作用机理尚不清楚，目前已应用于骨质疏松症的临床治疗中，其作用是能增加骨量，降低骨折发生率。因每天服用10mg二膦酸盐可抑制THA术后BMD减少[21]，一些研究者尝试用二膦酸盐来减少膝关节假体周围的骨量丢失。Soininvaara等[22]对11例病人进行1年随访后发现口服二膦酸盐的患者1年后周围BMD丢失明显降低。股骨假体翼后BMD仅丢失5.5%。二膦酸盐减少了假体周围的骨丢失，给初次置换的假体一个持久的支持。但是Wang等[23]发现术后服用二膦酸盐对长期BMD丢失无影响。二膦酸盐治疗组和对照组3年后假体周围BMD无差异。

总之，膝关节假体周围BMD降低是由于应力遮挡和载荷的重新分布所致。术后6个月丢失最多，以后逐渐减少，且股骨假体翼后会产生严重骨量减少。由于测量方法、仪器、时间和ROI选择的不同，BMD丢失量有所差异。应用二膦酸盐可减少近期BMD的丢失，但远期疗效尚待肯定。且其最佳剂量、服用时间及疗程亦需继续研究。当今，DEXA因其精密度高、经济、安全而成为测量BMD的较好方法。但其所测仅为面积密度，不能定量，不能分别对皮质骨和松质骨进行检测，亦不能对骨的代谢有所反映，因此近两年来QCT和SPECT已成为膝关节假体周围BMD研究的新工具。

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（本文编辑 陈娜）

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吴海山，E-mail：drisland@vip.sina.com